En el diseño de la capa física encontramos varias alternativas a la hora de elegir la técnica de modulación. Canales descendentes de 6 ó 8 MHz de ancho de banda transportan datos (información + señalización y control) de la cabecera a los abonados, mediante esquemas de modulación con eficiencias espectrales (bits/s/Hz) altas, gracias a que en el canal descendente se dispone de relaciones señal a ruido (SNR) elevadas. Una elección habitual entre los fabricantes es el esquema de modulación 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation), con la que se consiguen eficiencias espectrales de unos 5 bps/Hz, o lo que es lo mismo, 40 Mbps en un canal de 8 MHz. El entorno más hostil del canal de retorno recomienda el empleo de esquemas de modulación menos eficientes pero más robustos como BPSK (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), ó 16QAM, en el mejor de los casos.

El esquema de modulación escogido debe aprovechar al máximo el espectro disponible en el canal de retorno. Al mismo tiempo, debe de ser realizable mediante tecnología de bajo coste, empleando técnicas consolidadas de diseño analógico. Debe también proporcionar un funcionamiento eficiente y robusto en el uso del espectro, evitando las partes extremadamente ruidosas del mismo; usando canales más estrechos o con esquemas de modulación de menor eficiencia espectral en las partes ruidosas del espectro; y usando canales más anchos o con esquemas más eficientes en las partes relativamente limpias.

El esquema de modulación debe de ser, además, lo suficientemente eficiente y flexible como para acomodar las diferentes necesidades de capacidad de transmisión que plantea una multitud de usuarios. La relación señal a ruido en el canal de retorno es función de la frecuencia, de la hora del día, del tipo de red, de su tamaño y ubicación, así como de otros factores. Debido al efecto combinado de todas estas variables, la variación de la SNR a lo largo de todo el canal ascendente puede ser del orden de decenas de dBs. Todo lo anterior nos lleva a considerar la robusta modulación QPSK, junto con técnicas de gestión dinámica del espectro, como el esquema de modulación más apropiado para el canal de retorno, en lo que a técnicas de portadora única se refiere.

En la actualidad, la gran mayoría de los cablemódems y set-top-box utilizan QPSK para el enlace digital ascendente, si bien la tendencia parece que va en la dirección de incorporar a estos equipos la capacidad de emplear esquemas más eficientes (16-QAM) cuando las condiciones del enlace son favorables, así como sistemas de selección dinámica de los canales menos ruidosos (sistema FAMM, Frequency Agile Multimode). El sistema FAMM, junto con un protocolo apropiado para la capa MAC, permite al cablemódem conmutar de un canal excesivamente ruidoso a otro diferente para tratar de evitar la degradación del enlace digital ascendente y también pasar dinámicamente de un esquema de modulación a otro para maximizar la eficiencia en el uso del espectro del canal de retorno, de acuerdo con la SNR disponible en cada momento.

A pesar de que los sistemas de portadora única con modulación QPSK se han convertido de alguna manera en una especie de estándard de facto para el canal de retorno, existen propuestas muy interesantes en el sentido de utilizar para este canal otros sistemas basados en esquemas multiportadora: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), DMT (Discrete MultiTone), DWMT (Discrete Wavelet MultiTone). Un sistema multiportadora utiliza una banda de transmisión de una manera muy eficiente, mediante su división en cientos de subcanales totalmente independientes y aislados espectralmente unos de otros.

Esto se lleva a cabo en un proceso llamado “subcanalización”, que consiste en realizar ciertas transformaciones digitales ortogonales en bloques de datos. Cada subcanal ocupa tan sólo una pequeña fracción del ancho de banda total del canal de retorno, y sólo se solapa con los subcanales inmediatamente adyacentes. Cuando las señales ascendentes se transmiten por la red de coaxial hacia el nodo óptico, sufren, como hemos visto con anterioridad, los efectos de distintos tipos de ruido, interferencias de banda estrecha, y de la propia propagación por el cable coaxial, que atenúa en mayor medida las frecuencias más altas.

Para contrarestar los efectos indeseados de todos estos factores, el sistema multiportadora es capaz de adaptarse a la respuesta del canal mediante “subcanalización”. Por ejemplo, asigna más bits a aquellos subcanales con SNR mayor que a aquellos que están más degradados por el ruido. También evita las interferencias de banda estrecha suprimiendo los subcanales afectados. En cuanto al ruido impulsivo, los sistemas de portadora múltiple son más robustos debido a que los períodos de símbolo son considerablemente mayores que en los sistemas de portadora única.

Los sistemas multiportadora proporcionan, en definitiva, una utilización más eficiente del espectro, adaptando el número de bits por subcanal a la relación señal a ruido disponible. En los canales de retorno típicos de los sistemas HFC esto proporciona más bits/s/Hz que los esquemas de portadora única. Además, y debido a que la capacidad total de transmisión se divide en cientos de subcanales, el operador de la red puede suministrar a cada abonado exactamente la capacidad que necesita, y cuando la necesita.